Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Предсказание функции белка по свойствам его поверхности
Свойства поверхности
Электростатические свойства

Особенности распределения электростатического потенциала на молекулярной поверхности определяют специфичность многих происходящих на ней взаимодействий. Эти особенности формируются под влиянием всех атомов молекулы, а не только тех, что лежат на ее поверхности. Взаимодействие разноименных зарядов представляет собой одну из движущих сил специфичных взаимодействий. Например, белки, которые связываются с ДНК и РНК, обычно имеют несколько положительно заряженных аминокислот, которые могут связываться с отрицательно заряженными фосфатными группами основной цепи нуклеиновых кислот. Фактор транскрипции МеtJ из E.coli также использует дипольный момент положительно заряженной а-спирали для улучшения своего связывания с ДНК (Garvie and Phillips 2000). Фермент супероксиддисмутаза имеет значительный градиент заряда в приповерхностном объеме, что увеличивает скорость образования продуктивного комплекса. В отличие от большинства ферментов, скоростьлимитирующей стадией перевода супероксидного радикала в безопасную форму является его нековалентное связывание с ферментом, а не следующая за этим химическая реакция (Getzoff et al. 1983).

Самая простая мера электростатического поверхностного потенциала определяется законом Кулона, который определяет потенциал в точке поверхности как сумму зарядов окружающих ее атомов белка, нормированную на расстояние до них и диэлектрическую проницаемость среды. Более сложное моделирование на атомарном уровне без учета молекул воды в явном виде может быть осуществлено с помощью уравнения Пуассона-Больцмана (Fogolari et al. 2002). Оно учитывает воду неявно, используя аппроксимацию эффектов растворителя на взаимодействия биомолекул в растворах с различной ионной силой. Существует несколько компьютерных программ, таких, например, как DelPhi, которые могут быть использованы для численного решения этого уравнения для биомолекул (Rocchia et al. 2002). Результирующий электростатический потенциал может быть отображен на поверхности белка с помощью программ молекулярной графики.